C-276鎳基耐蝕合金25mm×2.5mm無縫管的組織與性能

采用熱擠壓工藝擠壓出了C-276鎳基耐蝕合金荒管。通過多道次冷軋變形研制出25mm×2.5mm的無縫管。結(jié)果表明：C-276合金管材平均晶粒度7級(jí)左右，具有較好的力學(xué)和抗晶間腐蝕性能。400~700℃高溫拉伸試驗(yàn)的屈服強(qiáng)度是300MPa以上。開發(fā)的C-276無縫管的化學(xué)成分、組織及性能滿足要求。

C-276合金是一種Ni-Cr-Mo系鎳基耐蝕合金，其化學(xué)成分如表1所示。C-276合金以Ni為基體，同時(shí)含有大量Cr、Mo等元素，極低的C、Si含量，因此顯示出優(yōu)異的耐蝕性能。它不僅在氧化性介質(zhì)，而且在還原性介質(zhì)中均具有很好的抗腐蝕能力，特別是在含氟離子、氯離子的氧化性酸中、在有氧或氧化劑存在的還原性酸中、在氧化性酸加還原性酸的混合酸中、在濕氯和含氯氣的水溶液中均具有其它耐蝕合金難以相比的耐蝕性。因此，C-276合金在化工領(lǐng)域，如低壓羧基合成醋酸（醋酐）、氯化法鈦白粉、高壓法三聚氰胺等得到廣泛應(yīng)用。該合金也越來越多地應(yīng)用于核工業(yè)、石油與天然氣、電廠煙氣脫硫等領(lǐng)域，產(chǎn)品形式主要有管材和板材。

目前，國內(nèi)大多企業(yè)從國外進(jìn)口C-276板材，通過焊接做成管材及各種容器而使用。眾所周知，鎳基合金在焊接過程中，容易產(chǎn)生敏化行為而導(dǎo)致器件的抗腐蝕性能降低。因此，長期以來，大多數(shù)研究人員針對(duì)C-276合金的焊接性能、焊后熱處理及其對(duì)耐腐蝕性能的影響進(jìn)行了大量的研究。而有關(guān)C-276合金無縫鋼管的制造及其加工、使用性能的研究則鮮有報(bào)道。C-276合金具有合金化程度高（特別是鉬含量很高），冶煉困難，容易產(chǎn)生缺陷等特點(diǎn)。同時(shí)，由于該合金變形抗力大，其高溫變形抗力高達(dá)300MPa以上，熱加工過程十分困難，且容易出現(xiàn)加工裂紋。采用常規(guī)的穿孔工藝制造無縫管材基本上是不太可能的。長期以來，C-276合金無縫管大多從國外進(jìn)口。但是，隨著國內(nèi)鋼廠冶煉水平的提高，目前國內(nèi)也能夠冶煉出合格的C-276合金坯唄。因此，C-276合金無縫管的國產(chǎn)化勢(shì)在必行。

1C-276合金的組織特性

Ni-Cr-Mo系合金在眾多領(lǐng)域展示了優(yōu)異的耐腐蝕性能，其理論基礎(chǔ)來自控制相的析出秩序、影響組織長期穩(wěn)定性和力學(xué)性能的合金相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。因此，要想通過制定合理的熱加工和熱處理工藝獲得良好的組織，進(jìn)而提高C-276合金的使用性能，就需要掌握C-276合金相的析出規(guī)律。

圖1是C-276合金（15Cr-16Mo-3.5W）的平衡相圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著液態(tài)金屬溫度的降低，液相逐漸向固相轉(zhuǎn)變，其凝固范圍大約在1350~1380℃，當(dāng)溫度繼續(xù)降低到1160℃左右時(shí)，奧氏體組織中開始產(chǎn)生第二相，如MC型碳化物和P相山。析出相的形態(tài)如圖2所示。當(dāng)這些第二相出現(xiàn)時(shí)就可能會(huì)影響到該合金的熱加工性能和使用性能（如晶間腐蝕）。因此，不管在熱加工過程中還是在使用過程中，都應(yīng)盡量避免有害相析出，以改善合金的使用性能、減少設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，提高設(shè)備的服役壽命和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

因此，在C-276合金產(chǎn)品制造過程中，一旦產(chǎn)生第二相，就必須采用相應(yīng)的熱處理將其溶解，確保合金組織的穩(wěn)定性及產(chǎn)品的使用性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，C-276合金在1100℃以上固溶時(shí)，第二相會(huì)逐漸消失，但是仍殘留少量第二相，而固溶溫度在1170℃以上時(shí)，第二相基本上完全回溶到奧氏體基體中。

2C-276合金無縫管的工藝及性能

2.1無縫管成形工藝

C-276合金無縫鋼管的整個(gè)開發(fā)制造流程可以簡化為：鑄錠冶煉一鍛造開坯→管坯加工一熱擠壓成形一冷軋成形→固溶處理→酸洗→檢驗(yàn)→成品。合金坯采用VIM+ESR雙聯(lián)工藝冶煉。經(jīng)入廠復(fù)驗(yàn)，管坯化學(xué)成分符合技術(shù)條件要求（表2）。管坯各類夾雜物含量為0.5~1.0級(jí)，符合技術(shù)條件要求。

擠壓用坯經(jīng)剝皮機(jī)剝皮后，消除了鍛、軋圓鋼表面的缺陷（氧化皮、裂紋等）。然后，根據(jù)實(shí)際要求將長鋼壞進(jìn)行分段、鉆孔、端面加工，并進(jìn)行尺寸公差和表面質(zhì)量檢查。管坯在加熱前進(jìn)入連續(xù)脫脂清洗裝置進(jìn)行清洗和脫脂，清除管坯內(nèi)、外表面上的油脂和污物，防止管坯在預(yù)熱爐加熱過程中被污染，確保管坯質(zhì)量。將清洗后的管坯送入環(huán)形預(yù)熱爐中進(jìn)行預(yù)熱后，再送人感應(yīng)爐中進(jìn)行加熱，并在立式擴(kuò)孔擠壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)孔。最后，將感應(yīng)加熱的擴(kuò)孔管坯送人擠壓機(jī)進(jìn)行熱擠壓，得到組織致密、性能均勻的擠壓荒管。從而避免了兩輥斜軋穿孔荒管內(nèi)、外表面容易開裂、折疊等質(zhì)量缺陷。擠壓荒管在周期式冷軋管機(jī)上完成冷軋變形，經(jīng)過多道次冷軋，最終軋制出25mm×2.5mm的成品鋼管，長度可達(dá)12m以上。

2.2無縫管理化性能

從成品管上分別取樣進(jìn)行金相、室溫和高溫拉伸試驗(yàn)、晶間腐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)及壓扁試驗(yàn)和擴(kuò)口試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)管的使用性能及工藝性能。

（1）組織及力學(xué)性能。對(duì)成品管進(jìn)行微觀組織觀察（圖4），結(jié)果表明，管基本上為奧氏體組織，晶粒度約為7級(jí)。晶界和晶內(nèi)析出相很少。室溫拉伸試驗(yàn)按照GB/T228-2002的規(guī)定，拉伸試樣采用在整管上取試樣。室溫拉伸試后，管的屈服強(qiáng)度為440MPa，抗拉強(qiáng)度為844MPa，伸長率為49.5%。同時(shí)，按照GB/T4338-2006的規(guī)定，進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。高溫拉伸結(jié)果表明，在400~700℃，管的屈服強(qiáng)度仍高達(dá)300MPa以上。

（2）晶間腐蝕性能。為了檢驗(yàn)管的抗晶間腐蝕性能，按照ASTMG28A法（Fe2（SO4）3+50%H3SO1溶液）進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為24h。結(jié)果表明，其平均腐蝕速率為3.9mm/a，腐蝕后的組織照片如圖6所示，腐蝕深度為82.9um。國內(nèi)鎳及鎳合金制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4756-2006）規(guī)定，C-276合金無縫鋼管參照G28A法試驗(yàn)，其平均腐蝕速率應(yīng)小于12mm/a。

由此可見，C-276合金成品管的晶間腐蝕性能完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以代替進(jìn)口產(chǎn)品。

（3）壓扁和擴(kuò)口試驗(yàn)。對(duì)成品管取樣進(jìn)行壓扁試驗(yàn)和擴(kuò)口試驗(yàn)。壓扁試驗(yàn)按照GB/T246的規(guī)定進(jìn)行，壓扁管段試樣長度為65mm。擴(kuò)口試驗(yàn)按照ASME SB829規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)采用頂角為60的圓錐頂頭進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，擴(kuò)徑率為管子外徑的30%。結(jié)果表明，試樣經(jīng)壓扁、擴(kuò)口后未出現(xiàn)可視裂縫和裂口，滿足工藝要求。

綜上可知，采用熱擠壓和冷軋工藝試制的425mm×2.5mm的鎳基合金C-276無縫管，其各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足ASMESB622標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。

3結(jié)論

采用熱擠壓和冷軋工藝開發(fā)出的25mm>×2.5mm的C-276鎳基耐蝕合金無縫管，平均晶粒度為7級(jí)，具有較好的力學(xué)性能和抗晶間腐蝕性能，400~700C高溫屈服強(qiáng)度大于300MPa，滿足ASME SB622等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。